碳纤维的固相反应与石墨的层间插入

 碳(C)纤维的固相反应在工业上具有重要应用，多数金属是以氧(Oxygen)化（oxidation)物的形式存在，金属氧化物的生成自由能随温度（temperature)的上升而增大，与此相比，碳纤维的氧化反应自由能变小，因此只要提高温度，所有的金属氧化物都能用碳还原。

  金属和碳(C)纤维直接反应或者金属氧(Oxygen)化（oxidation)物烃类还原可以生成金属碳纤维化物，碳纤维化物的种类有盐型化合物、侵入型化合物、过渡（transition)金属碳纤维化物等，盐型碳化物(carbide)是元素周期表中Ⅰ~Ⅲ族元素的碳化物(carbide)，多数和CaC2一样，和水反应生成乙炔。碳纤维制品由于碳纤维拥有极高的材质特性，因此碳纤维制品的强度大，硬度高，远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。也正是因为如此，此前世界上碳纤维技术发达的国家（美国、德国、日本、韩国），对于向中国输出碳纤维产品和技术，保持着极其谨慎的态度。即使在目前，我国碳纤维以及碳纤维制品的进口，还受到发达国家的严格控制。侵入型碳化物(carbide)为碳纤维原子进入原子半径在0.13nm以上的金属形成的间隙型固溶体，一般不透明、极硬、熔点高，例如，HFC的熔点为4160K，在双组分组成的化合
  物中最高。碳纤维配件“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。过渡（transition)金属化合物是原子半径在0.13nm以下的F
　　E、Ni等过渡（transition)金属的碳(C)纤维化物，一般结合力较小，容易与水反应生成各种烃类。

  在石墨(化学式C )晶体的层面之间插入其他一层原子或者分子将形成石墨层间化合物(GICs)，插入的层间原子为碱金属钾(Potassium)之类的含有自由电子的金属时，电子将从层间原子转移到石墨原子上，构成施主型
GiCs，其费密能级比石墨(化学式C )高数个数量级。反过来，受主型GICs中，空穴(Electron hole)从层间原子转移到石墨原子上，降低（reduce)了石墨的费密能级。
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  插入层内的原子或分子之向，受到金属键等强结合力作用，而在插入层与插入层之间，由于所带电荷(electric charge)相同而相互排斥，这样在由插入层与石墨(化学式C )层形成的超晶格中存在应力。碳纤维配件一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。插入层之间石墨原子的层数称为这种超晶格的阶数，如四阶的钾(Potassium)插入层化合物中，钾层之间的石墨层数为4；该GICs中，钾层的厚度为0.535nm，钾层与钾层之间的厚度为5XO.335nm=1.675nm。